基于SIM300C的遠程數(shù)據(jù)采集傳輸終端設(shè)計
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為了滿足數(shù)據(jù)傳輸終端低成本、小型化和移動靈活等要求，廣泛采用微處理器對GPRS模塊進行控制。早期廠家推出的GPRS模塊都不支持TCP/IP協(xié)議，因此，需要在微處理器中嵌入TCP/IP協(xié)議，這樣既增加了硬件的負擔，又增加了硬件的成本[3-4]。近幾年，SIMCOM、SIEMENS等公司推出內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的GPRS模塊，不僅降低了GPRS模塊對微處理器的要求，還縮短了用戶的開發(fā)周期。針對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸頻繁、數(shù)據(jù)量較小、現(xiàn)場改造困難、布線成本高等特點，本文介紹的系統(tǒng)采用GPRS技術(shù)，用低成本的單片機，A/D轉(zhuǎn)換芯片，以及內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的GPRS無線通信模塊SIM300C，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的遠程傳輸。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
遠程數(shù)據(jù)采集傳輸終端以單片機AT89S52為主控制器，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和遠程數(shù)據(jù)傳輸兩大功能。傳感器采集的8路模擬信號以差分方式送入2片A/D轉(zhuǎn)換芯片并轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量，每一輪轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機將16組數(shù)據(jù)放入1個數(shù)組中并添加幀頭和幀尾，通過串口發(fā)送給SIM300C模塊， SIM300C自動將要發(fā)送的數(shù)據(jù)打包成TCP/IP數(shù)據(jù)包，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet上的服務器建立連接，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件設(shè)計分為A/D轉(zhuǎn)換硬件設(shè)計和SIM300C模塊外圍電路設(shè)計。
2.1 數(shù)據(jù)采集與A/D轉(zhuǎn)換硬件設(shè)計
A/D轉(zhuǎn)換單元采用2片A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX186[5]。MAX186是MAXIM公司的8輸入通道12位串行輸出的A/D轉(zhuǎn)換芯片，其輸入端既可以單端輸入8路模擬信號，也可差分輸入4路模擬信號。MAX186主要信號線有：串行數(shù)據(jù)輸出(DOUT)、串行選通脈沖輸出(SSTRB)、串行數(shù)據(jù)輸入(DIN)、低電平有效芯片選擇(CS)、串行時鐘輸入SCLK。這些信號分別與單片機的P0.0~P0.4相連，另1片MAX186與單片機的P2.0~P2.4相連，如圖1所示。AT89S52通過P0.3實現(xiàn)對MAX186的片選；通過P0.4向MAX186的SCLK送入串行時鐘信號；通過P0.2向MAX186的DIN輸入8位控制字；通過P0.1接收MAX186的SSTRB腳的電平輸出，電平由低變高說明模擬信號經(jīng)采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換完畢，AT89S52可以接收數(shù)據(jù)；通過P0.0讀入MAX186 DOUT引腳串行輸出的12位數(shù)字量[6]。
2.2 SIM300C外圍電路設(shè)計
SIM300C是SIMCOM公司的無線通信模塊。該模塊尺寸小、功耗低，內(nèi)嵌強大的TCP/IP協(xié)議，提供通用的AT控制命令[7]。SIM300C內(nèi)部集成了完整的射頻電路和GSM基帶處理器，提供2個串口、1個SIM卡接口、通用I/O接口等[8]。這些接口信號都通過60針的板對板連接器進行連接。
2.2.1 電源
SIM300C模塊的1、3、5、7、9腳為電源輸入引腳VBAT，2、4、6、8、10腳是地。由于模塊的供電電壓為3.4~4.5 V（典型值為4.2 V)，采用 5 V供電時，需要進行5 V到4.2 V的電壓轉(zhuǎn)換。設(shè)計中使用MICREL公司的MIC29300系列芯片為SIM300C提供4.2 V的電壓，其輸出電流可達到3 A，能夠滿足SIM300C的要求。電源電路如圖2所示。
2.2.2 串口和SIM卡接口
SIM300C模塊為用戶提供了：通用串口和調(diào)試串口。因為模塊提供的2個串口都是TTL電平，需通過電平轉(zhuǎn)換芯片，將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平。設(shè)計中采用MAXIM公司的MAX232芯片進行電平轉(zhuǎn)換，使用TXD、RXD、GND 3根線構(gòu)成3線串口。
SIM300C模塊提供的SIM卡接口信號有：VSIM-SIM卡電源、SIMRST-復位、SIMCLK-時鐘、SIMDATA-數(shù)據(jù)。SIM卡與模塊之間通過SIM卡座進行連接，設(shè)計中采用6針SIM卡座，其信號線主要有：電源(VCC)、地(GND)、復位(RST)、狀態(tài)(VPP)、時鐘(CLK)、數(shù)據(jù)(I/O)，其中狀態(tài)線VPP不接。SIM卡電源可以是1.8 V或3 V，RST、CLK、I/O 3個引腳分別連接22 ?贅電阻后，再與SIM300C的SIMRST、SIMCLK、SIMDATA相連，SIMDATA與VSIM間還需接1個10 k?贅的上拉電阻。另外，在SIM卡接口電路中，為了減小靜電干擾，應使用靜電防護器件，設(shè)計中采用了SEMI公司的SMF05C[8]。其硬件連接如圖3所示。
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